Biology 版 (精华区)

发信人: rainy (DEC), 信区: Biology
标  题: 原卟啉
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年08月24日08:16:05 星期五), 站内信件

     
    目前，人类已经制造出各种各样具有潜在用途但也可能被误用的
合成制品，如炸药、毒气、灭虫剂、除草剂、防腐剂、去污剂、医药
等，真是不胜枚举。但是，合成技术不仅可以用来弥补消费者所需物
品之不足，而且还能为纯化学研究服务。

   常常出现这种情况，即不论是由活组织产生的还是由有机化学家
用设备合成的复杂化合物，即使根据它所经历的化学反应的性质作出
种种推导，也只能得出一个假定的结构式。在这种情况下，出路就是
用所设计的一系列反应（旨在制造出像所推导出来的结构式那样的分
子结构）来合成出一种化合物。如果所产生的化合物的性质与第一次
研究的化合物的性质完全相同，那么，化学家们就可以信赖原先推导
出来的结构式。

    在这方面，一个给人留下深刻印象的例子是血红蛋白，它是红血
球的主要成分，是使血液呈现红色的色素。1831年，法国化学家勒卡
努将血红蛋白分解成两个部分，其中较小的部分称为血红素，占血红
蛋白质量的4％。现已发现，血红素的实验式为C34H33O4N4Fe。由于
像血红素这样的化合物还存在于其他重要的物质中，即存在于植物界
和动物界中，因此，血红素的分子结构对于生物化学家来说是极其重
要的。然而，在勒卡努分离血红素之后的将近一个世纪内，人们所能
做到的只不过是把它分成更小的分子。铁原子（Fe）很易分离出来，
而剩余部分则分裂为大致相当于原分子1／4大小的碎片。这些碎片原
来是吡咯。吡咯的分子是由5个原子（其中4个为碳原子，l个为氮原
子）构成的环组成的。吡咯本身的结构如下：

       

    实际上由血红素获得的吡咯拥有若干个含1个或2个碳原子（连接
在环上以取代1个或多个氢原子）的小型原子团。

    20世纪20年代，德国化学家H．费歇尔更深入地研究了这个问题。
既然吡咯的大小约为原血红素的1／4，于是他就决定设法将4个吡咯
结合在一起，看看最终会得到什么样的东西。他终于获得成功，得到
一种他称之为卟吩（源于希腊语，意为“紫色”，因为它是紫色的）
的四环化合物。卟吩的结构式是这样的：


       

    然而，由血红素获得的吡咯原来含有一些与环连接的小侧链。当
吡咯组合成卟吩时，这些侧链仍停留在原来的位置。含有各种侧链的
卟吩组成了一族称之为卟啉的化合物。在血红素中发现的拥有特殊侧
链的那些化合物叫做原卟啉。H．费歇尔将血红素的性质与他所合成
的卟啉的性质加以比较之后发现，血红素（减去它的铁原子）就是一
种原卟啉。但究竟是哪一种呢？根据H．费歇尔的推论，由血红素获
得的各种不同的吡咯能结合成不下15种不同的原卟啉（每种都具有不
同的侧链排列），而其中任何一种都有可能是血红素。

    将这15种化合物逐一合成出来，并分别检验它们的性质，便能够
得到答案。H．费歇尔将合成工作交给他的学生们去做，他仔细选用
了一些化学反应，每次只允许合成其中一种具有特定结构的原卟啉。
在这15种不同的原卟啉合成出来之后，他将它们的性质与血红素的天
然原卟啉的性质进行了对比。

    他于1928年发现，这个系列中编号为IX的原卟啉正是他要寻找的
那一种。因此，那种天然原叶琳至今仍称为原卟啉IX。要使原卟啉IX
添加1个铁原子转变为血红素是很容易的。化学家们终于相信，他们
已经知道了这种重要化合物的结构。下面就是H．费歇尔研究出来的
血红素的结构式：

       

    由于这项成就，H．费歇尔获得了1930年的诺贝尔化学奖。


                     新方法


    在19世纪和20世纪前半叶，合成有机化学方面取得的全部成就无
疑是巨大的，但所使用的方法却与古代炼金术士所使用的方法相同，
即将几种物质加以混合并进行加热。加热是使分子增加活力并发生相
互反应的可靠方法，不过，就本质而言，这样的反应通常是随机的，
并会产生一些短暂存在的不稳定的中间产物，而对于这些中间产物的
性质则仅能进行猜测而已。

    化学家们所需要的是一种更精细、更直接地使分子具有活力的方
法，即能够使一群分子全都以大致相同的速度、朝大致相同的方向运
动的方法。这种方法能够消除反应的随机性，因为这时一个分子如何
行动，其余的分子也都会照此办理。一种方法是在电场中加速离子，
犹如在回旋加速器中加速亚原子粒子。

    1964年，德国血统的美国化学家沃尔夫冈借助一种可称为化学加
速器的装置来加速离子和分子，使之达到很高的能量。这种装置所产
生的离子速度若用加热方法来达到，则温度必须高达1000℃—
100 000℃。 另外，这些离子还以相同的方向运动。

    如果有电子存在的话，被加速的离子就会抓住这些电子并转变为
中性分子，而且仍以极高的速度行进。美国化学家华顿已于1969年获
得了这样的中性分子束。

    至于化学反应的短暂的中间阶段，电子计算机可以解决这个问题。
电子计算机可以解在不同原子组合中决定电子状态的量子力学方程，
还可以计算出在碰撞过程中将会发生的各种事件。例如，1968年，在
意大利血统的美国化学家克莱门蒂的指导下，曾利用一台计算机使氨
与盐酸在闭路电视监视下碰撞以生成氯化铵，结果，所发生的事件正
是计算机计算出来的事件。计算机计算的结果表明，所形成的氯化铵
是温度为700℃的高压气体。这种情况以前并不知道，但在几个月后
被实验所证实。

    近10年来，化学家们在理论和实验方面都研究出了一些新型工具。
迄今尚未知晓的一些反应的细枝末节将会被弄个水落石出，许多在过
去无法获得的或至多只能少量获得的新产品将会被合成出来。也许我
们正站在一个意想不到的奇境的人口处。

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在长长的一生里,                             .oooO  Oooo.
  为什么,                                   (   )  (   )
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